(57)【要約】【課題】  微量の潤滑油でも低発熱で高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供する。【解決手段】  一対の軌道輪１１，１２の間に複数の円筒ころ１３が外輪案内型の樹脂製保持器１４を介して周方向に転動可能に配設された円筒ころ軸受１０であって、つば１２ａを持つ軌道輪１２の軌道面軸方向幅を円筒ころ１３の直径より狭く、且つ該円筒ころ１３の軸方向長さを保持器１４の軸方向幅の１／２以下とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軌道輪の間に複数の円筒ころが保持器を介して転動可能に配設された円筒ころ軸受であって、
つばを持つ前記軌道輪の軌道面軸方向幅が前記円筒ころの直径より狭く、且つ該円筒ころの軸方向長さが前記保持器の軸方向幅の１／２以下であることを特徴とする円筒ころ軸受。
【請求項２】
前記保持器が軌道輪案内型の樹脂製保持器であることを特徴とする請求項１に記載した円筒ころ軸受。
【請求項３】
外輪の軌道面に前記つばを持ち、該つばと前記軌道面との間の逃げ部に連通する給排油路を前記外輪に穿孔したことを特徴とする請求項１又は２に記載した円筒ころ軸受。
【請求項４】
前記円筒ころがセラミック製であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載した円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、モータや工作機械の主軸等に用いられる円筒ころ軸受に関し、特に、微量の潤滑油によって高速回転し、長寿命で低発熱が要求される円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産性向上の要求から工作機械主軸は高回転になり、加工精度の向上も要求される。従って、剛性の高い円筒ころ軸受の高速回転化がますます盛んになっている。
図７に、回転中のラジアル剛性を確保するために負のすきまで使用される従来の円筒ころ軸受を示す。
この円筒ころ軸受は、つば付内輪１と外輪２との間に複数の円筒ころ３が外輪案内型の樹脂製保持器４を介して周方向に転動可能に配設されたもので、軸受側面に設置された潤滑油供給装置５のノズル６から例えばオイルエア等の潤滑油が軸受内に供給される（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３２３０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の円筒ころ軸受においては、ｄｍＮ値が２００万以上の高速回転になると、軸受側面側からの軸受内への潤滑油の供給では、保持器４や円筒ころ３の公転で発生するエアカーテンの影響で十分な潤滑油が軸受内に入らなくなり、内外輪１，２の温度が上昇して円筒ころ３に加わる荷重が増大し、焼付きが発生する場合がある。
また、内輪１のつば面１ａと円筒ころ３の端面に十分な潤滑油が行き渡りにくいため、潤滑不良が生じて焼付をを起こす虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、微量の潤滑油でも低発熱で高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の軌道輪の間に複数の円筒ころが保持器を介して転動可能に配設された円筒ころ軸受であって、
つばを持つ前記軌道輪の軌道面軸方向幅が前記円筒ころの直径より狭く、且つ該円筒ころの軸方向長さが前記保持器の軸方向幅の１／２以下であることを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記保持器が軌道輪案内型の樹脂製保持器であることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２において、外輪の軌道面に前記つばを持ち、該つばと前記軌道面との間の逃げ部に連通する給排油路を前記外輪に穿孔したことを特徴とする。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記円筒ころがセラミック製であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１又は２の発明では、つばを持つ軌道輪の軌道面軸方向幅を円筒ころの直径より狭く、且つ該円筒ころの軸方向長さを保持器の軸方向幅の１／２以下とすることにより、潤滑油量が少なくても軌道面及び保持器ポケット面と円筒ころとの摩擦を低減することができるので、保持器に加わる力が低減して保持器柱の変形が抑られ、低発熱で高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供することができる。
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に加えて、外輪の軌道面とつばとの間の逃げ部に連通する給排油路を外輪に穿孔して該給排油路に注入した潤滑油を逃げ部から外輪に給排油することにより、軸受側面からのノズルによる軸受内への給油よりも、確実に円筒ころ端面とつば面を潤滑することができ、つばの焼付きを抑制することができる。
請求項４の発明では、請求項１〜３のいずれか一項に発明に加えて、セラミック製の円筒ころを用いることで、円筒ころの遠心力による荷重増加を軽減することができるので、超高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態の一例を図を参照して説明する。
本発明の第１の実施の形態である円筒ころ軸受１０は、図１に示すように、内輪１１とつば付外輪１２との間に複数の円筒ころ１３が外輪案内型の樹脂製保持器１４を介して周方向に転動可能に配設されており、軸受内の潤滑は、例えば軸受側面に設置された潤滑油供給装置のノズル（図示せず）からオイルエア等の潤滑油を軸受内に供給することによりなされる。
【０００７】
ここで、この実施の形態では、つば１２ａを持つ外輪１２の軌道面の軸方向幅が円筒ころ１３の直径より狭く、且つ該円筒ころ１３の軸方向長さが保持器１４の軸方向幅の１／２以下とされている。
これにより、外輪１２の軌道面及び保持器１４のポケット面と円筒ころ１３との接触部分を少なくすることで、摩擦を低減することができる。更に、保持器１４に加わる力も低減して保持器柱の変形が抑られ、潤滑油量が少なくても低発熱で高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供することができる。
【０００８】
次に、図２を参照して、本発明の第２の実施の形態である円筒ころ軸受を説明する。なお、上記第１の実施の形態と重複する部分については図に同一符号を付して説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態である円筒ころ軸受２０は、外輪１２の軌道面とつば１２ａとの間の逃げ部２１に連通する給排油路（ノズル）２２を外輪１２に穿孔して該給排油路２２に注入したオイルエア等の潤滑油を逃げ部２１の開口から外輪１２に給油するようにしたもので、これにより、上記第１の実施の形態のような軸受側面からのノズルによる軸受内への給油よりも、確実に円筒ころ１３の端面とつば面１２ａを潤滑することができ、つば１２ａの焼付きを抑制することができる。
【０００９】
また、排油路は、給油路と位相を変えて設置している。給排油路径は、任意であるが、油が溜まりすぎて発熱しないように、好ましくは排油路径≧給油路径がよい。
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、外輪つば付、内輪つば無しの円筒ころ軸受を例に採ったが、必ずしもこれに限定されず、内輪つば付、外輪つば無しの円筒ころ軸受や内輪つば付、外輪つば付の円筒ころ軸受に本発明を適用してもよいのは勿論である。
【００１０】
また、上記各実施の形態では、内輪１１、外輪１２及び円筒ころ１３をＳＨＸ材（日本精工株式会社商品名、Ｃ：０．２〜１．２重量％、Ｓｉ：０．７〜１．５重量％、Ｍｏ：０．５〜１．５重量％、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物を含有する鉄鋼材料、表面炭素濃度：０．８〜１．３％、表面窒素濃度：０．２〜０．８％）としているが、内外輪をＳＨＸ材とし、円筒ころ１３をセラミック製（Ｓｉ3 Ｎ4 （窒化珪素）、ＳｉＣ（炭化珪素）又はＡｌ2 Ｏ3 （酸化アルミニウム）等）とすることにより、円筒ころ１３の遠心力による荷重増加を軽減することができ、超高速回転が可能な長寿命な円筒ころ軸受を提供することができる。
【実施例】
【００１１】
図１と同一構造の円筒ころ軸受で内外輪及び円筒ころをＳＨＸ材としたものを実施例１、図２と同一構造の円筒ころ軸受で内外輪及び円筒ころをＳＨＸ材としたものを実施例２、図２と同一構造で内外輪をＳＨＸ材、円筒ころをセラミック材（Ｓｉ3 Ｎ4 ）としたものを実施例３、図７の従来例と同一構造の円筒ころ軸受で内外輪及び円筒ころをＳＵＪ２材としたものを比較例１として、表１に示す高速限界確認試験、外輪給油量を変更して外輪温度上昇を確認する試験及び耐久試験を行った。
【００１２】
なお、いずれの軸受についても、保持器は外輪案内方式でカーボン繊維が混入（重量比２０〜４０重量％）されたＰＥＥＫ（ポリエーテルケトン）樹脂製であり、内径は７５ｍｍの軸受で、組込み時すきまは＋５μｍ、潤滑油はＶＧ３２相当油を用いてオイルエア潤滑、また、給油口（ノズル）は２つにした。
また、比較例１については、つば付内輪の軌道面の軸方向幅が円筒ころの直径より広く、且つ該円筒ころの軸方向長さ（ころ幅）が保持器の軸方向幅の１／２を超える寸法になっている。
更に、比較例１及び実施例１の潤滑は、軸受側面に設置された潤滑油供給装置のノズルからオイルエアを軸受内に給油し、実施例２及び実施例３の潤滑は、外輪の逃げ部に連通して該外輪に穿孔された給排油路（ノズル）からオイルエアを軸受内に給油（外輪給油）するものとする。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
（高速限界確認試験）
比較例１、実施例１及び実施例２について、それぞれ内輪を軸に外嵌すると共に外輪を外筒に内嵌し、３７５００ｍｉｎ-1まで軸回転速度を徐々に上げていき、焼付きに到る軸回転速度と外輪温度上昇を測定した。
試験条件は次の通りである。
試験条件
給油量：０．０３ｃｃ／４ｍｉｎ／１ショット×２ノズル
エア流量：１５ＮＬ／ｍｉｎ／１ノズル
軸芯冷却油量：６Ｌ／ｍｉｎ
軸芯冷却油温度：２０°Ｃ
外筒冷却油量：５．５Ｌ／ｍｉｎ
外筒冷却油温度：２０°Ｃ
試験結果を図３に示す。
図３から明らかなように、本発明例である実施例１は比較例１に比べて外輪温度上昇が低く低発熱であり、焼付きに至る軸回転速度も約５０００ｍｉｎ-1高速であるのが判る。なお、実施例２については、軸回転速度３７５００ｍｉｎ-1を超えても焼付きは生じなかった。
【００１５】
（外輪給油量を変更して外輪温度上昇を確認する試験）
上記高速限界確認試験で軸回転速度３７５００ｍｉｎ-1を超えても焼付きが生じなかった実施例２について、軸回転速度３７５００ｍｉｎ-1において外輪給油量を変更して外輪温度上昇を確認する試験を図４に示す試験機を用いて行った。  この試験機は、駆動モータ３０によって回転駆動される軸３１の基端が二個の支持軸受（玉軸受）３２で支持され、該軸３１の先端が実施例２の円筒ころ軸受２０で支持されている。各軸受共に、内輪が軸３１に外嵌されると共に、外輪が外筒３３に内嵌されており、軸３１は軸芯冷却口３４から供給される冷却油によって冷却され、外筒３３は外筒冷却口３５から供給される冷却油によって冷却される。また、外筒３３のオイルエア口３６から供給されたオイルエアが実施例２の円筒ころ軸受２０の外輪の給排油路（ノズル）を通って逃げ部から軸受内に給油（外輪給油）される。
【００１６】
なお、外輪給油量の変更は、エア流量の変更、給油ショット間隔の変更の二通りで行い、前者の試験条件Ａ、後者の試験条件Ｂはそれぞれ次の通りである。
試験条件Ａ
給油量：０．０３ｃｃ／１ショット×２ノズル
エア流量：２０ＮＬ／ｍｉｎ／１ノズル
軸回転速度：３７５００ｍｉｎ-1
軸芯冷却油量：６Ｌ／ｍｉｎ
軸芯冷却油温度：２０°Ｃ
外筒冷却油量：５．５Ｌ／ｍｉｎ
外筒冷却油温度：２０°Ｃ
試験条件Ｂ
給油量：０．０３ｃｃ／１ショット／４ｍｉｎ×２ノズル
軸回転速度：３７５００ｍｉｎ-1
軸芯冷却油量：６Ｌ／ｍｉｎ
軸芯冷却油温度：２０°Ｃ
外筒冷却油量：５．５Ｌ／ｍｉｎ
外筒冷却油温度：２０°Ｃ
【００１７】
図５に給油ショット間隔を変更して外輪給油量を変更した場合の試験結果（給油ショット間隔と外輪温度上昇との関係）を示し、図６にエア流量を変更して外輪給油量を変更した場合の試験結果（エア流量と外輪温度上昇との関係）を示す。
図５及び図６から判るように、オイルエアの最適給油量は、給油ショット間隔が０．０３ｃｃ／１ノズル／２〜８ｍｉｎ、エア流量が１２．５〜２０ＮＬ／ｍｉｎであった。
給油ショット間隔が２ｍｉｎより短くなると油量が多くなり、発熱が増え、８ｍｉｎより長くなると、油量が少なく、温度がふらつき始め、焼付きが発生する。また、エア流量が１２．５ＮＬ／ｍｉｎより少なくなると、油が排出されにくくなり、スラッジが生成しやすくなる。２０ＮＬ／ｍｉｎより多くなると、油が吹き飛ばされやすくなり、ミスト化して環境を悪化させることになる。
【００１８】
（耐久試験）
実施例２及び実施例３について、軸受回転試験機を用いて、軸回転速度３７５００ｍｉｎ-1で軸受が焼き付くまでの耐久試験を実施した。なお、試験条件は、実施例２及び実施例３共に、同一条件とした。表１に試験結果を併せて示す。
表１から判るように、実施例２の耐久時間は１５８０時間、セラミック製の円筒ころを用いた実施例３の耐久時間は３０００時間で打ち切りであった。
なお、この実施例では、潤滑油をオイルエアとしたが、これに限らず、例えば特開２０００−１１０７１１号公報や特開２００１−３１５０４１号公報に開示された潤滑油供給装置を用いて、微量油（０．０００５〜０．０１ｃｃを吐出速度１０〜１００ｍ／ｓｅｃ）を直接給油する方法を採用することで、軸受の高速回転化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図３】実施例と比較例における３７５００ｍｉｎ-1までの高速限界試験結果を示すグラフ図である。
【図４】外輪給油での外輪温度上昇をエア流量及び給油ショット間隔を変えて試験するための試験機を示す概略図である。
【図５】外輪給油での給油ショット間隔と外輪温度上昇との関係を示すグラフ図である。
【図６】外輪給油でのエア流量と外輪温度上昇との関係を示すグラフ図である。
【図７】従来の円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０，２０  円筒ころ軸受
１１  内輪（軌道輪）
１２  外輪（軌道輪）
１２ａ  つば
１３  円筒ころ
１４  保持器
２１  逃げ部
２２  給排油路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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